(57)【要約】【課題】半導体電極と触媒電極との離間距離のばらつきを抑えることができ、所定の電圧及び出力を安定して得ることができる色素増感型太陽電池を提供する。【解決手段】本発明の色素増感型太陽電池１０１は、押圧板側帯状凸部１１を有する押圧板１と、樹脂基板側帯状凸部２１を有する樹脂基板２と、正極側集電電極４と、触媒電極３と、樹脂基板に対向して配置されたガラス基板５と、透光性導電層５１と、その表面に設けられた半導体電極６と、を有し、複数の単セル構造体を備え、隣り合う単セル構造体の一方が有する正極側集電電極４のうちの樹脂基板側帯状凸部２１の表面に設けられた部分４１が、他方が有する透光性導電層５１に圧接されており、押圧板１の他面側の周縁部と、ガラス基板５の他面側の周縁部とが、一体に固定されている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側に複数の押圧板側帯状凸部を有する押圧板と、
他面側が該押圧板の該一面側に積層され、且つ一面側の、各々の該押圧板側帯状凸部に対応する位置に樹脂基板側帯状凸部を有する樹脂基板と、
該樹脂基板の平坦面からそれぞれの該樹脂基板側帯状凸部の表面にかけて設けられた複数の正極側集電電極と、
該正極側集電電極の表面のうちの該樹脂基板の該平坦面に対応する位置に設けられた触媒電極と、
一面側が該樹脂基板に対向して配置されたガラス基板と、
該ガラス基板の該一面側に設けられた複数の透光性導電層と、
各々の該透光性導電層の表面に設けられた半導体電極と、を有し、複数の単セル構造体を備える色素増感型太陽電池であって、
隣り合う単セル構造体の一方が有する正極側集電電極のうちの樹脂基板側帯状凸部の表面に設けられた部分が、隣り合う単セル構造体の他方が有する透光性導電層に圧接されており、
上記押圧板の他面側の周縁部と、上記ガラス基板の他面側の周縁部とが、一体に固定されていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】
上記押圧板が金属板又はセラミック板である請求項１又は２に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項３】
上記固定前の上記押圧板が、上記一面側に凸状に湾曲している請求項１又は２に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項４】
上記樹脂基板がポリエステル樹脂、ノルボルネン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂又はアクリル樹脂からなる請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項５】
上記樹脂基板は上記他面側の上記樹脂基板側帯状凸部に対応する位置に帯状凹部を有し、上記押圧板側帯状凸部が該帯状凹部に嵌合されている請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項６】
上記透光性導電層と上記正極側集電電極とが、導電性接着剤層を介して圧接されている請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項７】
上記押圧板の上記周縁部と、上記ガラス基板の上記周縁部とが、固定枠により挟持されて固定されている請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する色素増感型太陽電池に関する。更に詳しくは、本発明は、対向して配置されたガラス基板と樹脂基板との各々の平面方向における離間距離のばらつきを抑えることができ、その結果、半導体電極と触媒電極との離間距離のばらつきを抑えることができ、所定の電圧及び出力を安定して得ることができる色素増感型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽光発電では、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン及びこれらを組み合わせたＨＩＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｔｈｉｎ−ｌａｙｅｒ）等を用いた太陽電池が実用化され、主力技術となっている。このシリコン系太陽電池では光電変換効率も２０％に近く優れている。しかし、素材製造にかかるエネルギーコストが高く、環境負荷などの面でも課題が多く、価格及び材料供給等における制限もある。
【０００３】
一方、Ｇｒａｔｚｅｌ等により提案された色素増感型太陽電池が安価な太陽電池として注目されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照。）。この太陽電池は、増感色素を担持させたチタニア多孔質電極と触媒電極との間に電解液を介在させた構造を有し、現行のシリコン系太陽電池に比べて変換効率は低いものの、材料、製法等の面でコストダウンが可能である。また、この色素増感型太陽電池では、太陽光が入射する側の基板として、透光性導電層が形成されたガラス基板が用いられることが多い。
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２２０３８０号公報
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ誌（第３５３巻、ｐｐ．７３７−７４０、１９９１年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、平面方向の全面に亘って平板なガラス基板とすることは容易ではなく、このガラス基板は反り等を有していることがある。このようにガラス基板が反り等を有していると、ガラス基板と対極基板との離間距離にばらつきを生じる。その結果、ガラス基板の一面に設けられた透光性導電層の表面に形成された半導体電極と、対極基板に設けられた触媒電極との離間距離にばらつきを生じ、所定の電圧及び出力を安定して得ることができない場合があり、問題である。
【０００６】
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、正極側集電電極のうちの樹脂基板の樹脂基板側帯状凸部の表面に形成された部分を、樹脂基板の裏面に積層された押圧板に設けられた押圧板側帯状凸部により、ガラス基板の一面に設けられた透光性導電層に圧接させることを特徴とする。これにより、樹脂基板等がガラス基板の側へと押圧され、ガラス基板が有していた反り等を緩和することができる。その結果、ガラス基板と樹脂基板との離間距離のばらつきが抑えられるとともに、半導体電極と触媒電極との離間距離のばらつきが抑えられ、所定の電圧及び出力を安定して得ることができる色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下のとおりである。
１．一面側に複数の押圧板側帯状凸部１１を有する押圧板１と、他面側が該押圧板１の該一面側に積層され、且つ一面側の、各々の該押圧板側帯状凸部１１に対応する位置に樹脂基板側帯状凸部２１を有する樹脂基板２と、該樹脂基板２の平坦面からそれぞれの該樹脂基板側帯状凸部２１の表面にかけて設けられた複数の正極側集電電極４と、該正極側集電電極４の表面のうちの該樹脂基板２の該平坦面に対応する位置に設けられた触媒電極３と、一面側が該樹脂基板２に対向して配置されたガラス基板５と、該ガラス基板４の該一面側に設けられた複数の透光性導電層５１と、各々の該透光性導電層５１の表面に設けられた半導体電極６と、を有し、複数の単セル構造体を備える色素増感型太陽電池１０１であって、
隣り合う単セル構造体の一方が有する正極側集電電極４のうちの樹脂基板側帯状凸部２１の表面に設けられた部分４１が、隣り合う単セル構造体の他方が有する透光性導電層５１に圧接されており、上記押圧板１の他面側の周縁部と、上記ガラス基板５の他面側の周縁部とが、一体に固定されていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
２．上記押圧板１が金属板又はセラミック板である上記１．に記載の色素増感型太陽電池。
３．上記固定前の上記押圧板１が、上記一面側に凸状に湾曲している上記１．又は２．に記載の色素増感型太陽電池。
４．上記樹脂基板２がポリエステル樹脂、ノルボルネン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂又はアクリル樹脂からなる上記１．乃至３．のうちのいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池。
５．上記樹脂基板２は上記他面側の上記樹脂基板側帯状凸部２１に対応する位置に帯状凹部２２を有し、上記押圧板側帯状凸部１１が該帯状凹部２２に嵌合されている上記１．乃至４．のうちのいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池。
６．上記透光性導電層５１と上記正極側集電電極４とが、導電性接着剤層７を介して圧接されている上記１．乃至５．のうちのいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池。
７．上記押圧板１の上記周縁部と、上記ガラス基板５の上記周縁部とが、固定枠１０により挟持されて固定されている上記１．乃至６．のうちのいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の色素増感型太陽電池では、正極側集電電極４のうちの樹脂基板２の樹脂基板側帯状凸部２１の表面に形成された部分４１（以下、正極側集電電極４の所定部分４１という。）が、樹脂基板２の裏面に積層された押圧板１に設けられた押圧板側帯状凸部１１により、ガラス基板５の一面に設けられた透光性導電層５１に圧接され、ガラス基板５が有していた反り等が緩和されるため、ガラス基板５と樹脂基板２との離間距離のばらつきが抑えられるとともに、半導体電極６と触媒電極３との離間距離のばらつきが抑えられ、所定の電圧及び出力を安定して得ることができる。
また、押圧板１が金属板又はセラミック板である場合は、正極側集電電極４の所定部分４１が、ガラス基板５の一面に設けられた透光性導電層５１に強く圧接されるため、押圧板１を用いることによる上記の作用、効果がより顕著に奏される。
更に、固定前の押圧板１が、一面側に凸状に湾曲している場合は、正極側集電電極４の所定部分４１が、ガラス基板５の一面に設けられた透光性導電層５１により強く圧接することができるため、押圧板１を用いることによる上記の作用、効果が特に顕著に奏される。
また、樹脂基板２がポリエステル樹脂、ノルボルネン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂又はアクリル樹脂からなる場合は、樹脂基板２が電解液に腐食され難いため、耐久性の高い色素増感型太陽電池とすることができる。
更に、樹脂基板２が他面側の樹脂基板側帯状凸部２１に対応する位置に帯状凹部２２を有し、この帯状凹部２２に押圧板１が有する押圧板側帯状凸部１１が嵌合されている場合は、正極側集電電極４の所定部分４１をより強く透光性導電層５１に圧接させることができるため、半導体電極６と触媒電極３との離間距離のばらつきがより抑えられ、所定の電圧及び出力がより安定して得られる色素増感型太陽電池とすることができる。
また、透光性導電層５１と正極側集電電極４とが、導電性接着剤層７を介して圧接されている場合は、透光性導電層５１と正極側集電電極４の所定部分４１とを電気的に確実に接続することができ、且つ圧接部における電解液の流通が防止されるため、所定の電圧及び出力がより安定して得られる色素増感型太陽電池とすることができる。
更に、押圧板１の周縁部と、ガラス基板５の周縁部とが、固定枠１０により挟持されて固定されている場合は、より強固に一体に固定することができるため、所定の電圧及び出力がより安定して得られ、且つ耐久性に優れた色素増感型太陽電池とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の色素増感型太陽電池は、一面側に複数の押圧板側帯状凸部１１を有する押圧板１と、他面側が押圧板１の一面側に積層され、且つ一面側の、各々の押圧板側帯状凸部１１に対応する位置に樹脂基板側帯状凸部２１を有する樹脂基板２と、樹脂基板２の平坦面からそれぞれの樹脂基板側帯状凸部２１の表面にかけて設けられた複数の正極側集電電極４と、正極側集電電極４の表面のうちの樹脂基板２の平坦面に対応する位置に設けられた触媒電極３と、一面側が樹脂基板２に対向して配置されたガラス基板５と、ガラス基板４の一面側に設けられた複数の透光性導電層５１と、各々の透光性導電層５１の表面に設けられた半導体電極６と、を有し、複数の単セル構造体を備え、隣り合う単セル構造体の一方が有する正極側集電電極４のうちの樹脂基板側帯状凸部２１の表面に設けられた部分４１が、隣り合う単セル構造体の他方が有する透光性導電層５１に圧接されており、押圧板１の他面側の周縁部と、ガラス基板５の他面側の周縁部とが、一体に固定されている。
【００１０】
上記「押圧板１」は、正極側集電電極４の所定部分４１を透光性導電層５１に圧接させ、樹脂基板２とガラス基板５との離間距離のばらつきを抑え、触媒電極３と半導体電極６との離間距離のばらつきを抑えるための押圧部材である。
押圧板１の材質は特に限定されず、金属、セラミック、樹脂等を用いることができる。押圧板１が金属板である場合、金属の種類は特に限定されない、この金属としては、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム及びチタン等が挙げられる。また、金属板の厚さも特に限定されない。押圧に要する強度があればよく、金属の種類及び面積等を勘案し、所定の厚さとすることができる。この厚さは、例えば、０．３〜１０ｍｍ、特に０．３〜５ｍｍとすることができる。
【００１１】
押圧板１がセラミック板である場合、セラミックの種類は特に限定されない。このセラミックとしては、アルミナ、ムライト、ジルコニア等の酸化物系セラミック、窒化ケイ素、サイアロン、窒化チタン、窒化アルミニウム等の窒化物系セラミック、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化アルミニウム等の炭化物系セラミックなどの各種のセラミックが挙げられる。セラミックとしては、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等が好ましく、アルミナが特に好ましい。アルミナは強度が大きく、正極側集電電極４の所定部分４１を透光性導電層５１に強く圧接させることができる。また、セラミック板の厚さも特に限定されない。押圧に要する強度があればよく、セラミックの種類及び面積等を勘案し、所定の厚さとすることができる。この厚さは、例えば、０．５〜１０ｍｍ、特に１〜５ｍｍとすることができる。
【００１２】
押圧板１が樹脂板である場合、樹脂の種類は特に限定されない。この樹脂としては、例えば、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン等の剛性の高い樹脂が挙げられる。更に、ポリアミド、ポリエステル樹脂等にガラス繊維等の無機繊維を配合してなる繊維強化樹脂を用いることもできる。また、樹脂板の厚さも特に限定されない。押圧に要する強度があればよく、樹脂の種類及び面積等を勘案し、所定の厚さとすることができる。この厚さは、例えば、１〜１０ｍｍ、特に２〜７ｍｍとすることができる。
【００１３】
押圧板１は、その一面側に複数の押圧板側帯状凸部１１を有する。この押圧板側帯状凸部１１の断面形状は特に限定されない。例えば、半円形、半楕円形（図２参照）、三角形及び四角形等の方形などのいずれであってもよい。また、押圧板側帯状凸部１１の平面形状も特に限定されず、直線状でもよく、蛇行及び曲折等していてもよいが、直線状であることが好ましい（図１参照）。
【００１４】
押圧板側帯状凸部１１の高さ及び幅も特に限定されず、正極側集電電極４の所定部分４１を透光性導電層５１に圧接し、導通させることができればよい。押圧板側帯状凸部１１の高さ（押圧板１の一面側の表面から凸部の頂部までの寸法）は２０〜３００μｍ、特に３０〜２００μｍ、更に４０〜１００μｍとすることができる。また、押圧板側帯状凸部１１の幅（押圧板１の一面側の表面、即ち、押圧板側帯状凸部１１の底面における幅方向の寸法）は１００〜３０００μｍ、特に２００〜１０００μｍ、更に３００〜８００μｍとすることができる。
【００１５】
押圧板側帯状凸部１１の形成方法も特に限定されない。金属板である場合は、例えば、平板な金属板を、押圧板側帯状凸部１１を形成するための凸部を有する一方の型と凹部を有する他方の型との間で押圧する型成形により形成することができる。更に、平板な金属板の一面に押圧板側帯状凸部１１の形状に加工された金属製帯状体を溶接等により接合して形成することもできる。
【００１６】
セラミック板である場合は、型成形等により未焼成帯状凸部を設けた未焼成セラミック体を焼成することで、押圧板側帯状凸部１１を有するセラミック板を作製することができる。更に、焼成セラミックシートを切削加工し、押圧板側帯状凸部１１を有するセラミック板を作製することもできる。これらのうちでは押圧板側帯状凸部１１の形成が容易な、型成形等をし、その後、焼成する方法が好ましい。焼成方法は特に限定されない。通常、セラミック粉末、焼結助剤、バインダ、溶媒及び可塑剤等を含有するスラリーを用いて未焼成セラミック体又は未焼成セラミックシートを成形し、この未焼成セラミック体又は未焼成セラミックシートを、各々のセラミックに応じて、所定温度で、所要時間、保持して、焼成することができる。
【００１７】
樹脂板である場合は、例えば、圧縮成形法等の型成形により形成することができる。また、平板な樹脂板の一面に押圧板側帯状凸部１１の形状に加工された樹脂製帯状体を接着剤等により接合して形成することもできる。
【００１８】
押圧板１は、平板であってもよいが、一面側に凸状に湾曲していることが好ましい。この一面側に凸状に湾曲しているとは、押圧板１を平坦面に置いた場合に、周縁部から中央部に向かって高くなっているという意味である。この中央部の高さは特に限定されず、押圧板１の平面方向の寸法にもよるが、周縁部より０．１〜１ｍｍ、特に０．１〜０．５ｍｍ高くすることができる。
【００１９】
上記「樹脂基板２」は樹脂シートからなる。この樹脂シートを構成する樹脂は特に限定されないが、樹脂基板２は電解液に接触するため、耐腐食性を有する樹脂である必要がある。この耐腐食性を有する樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート及びポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリサルホン、ポリエチリデンノルボルネン等のノルボルネン樹脂などが挙げられる。この樹脂基板２の厚さは材質によっても異なり、特に限定されないが、例えば、５０〜３００μｍ、特に６０〜２００μｍ、更に７０〜１５０μｍとすることができる。
【００２０】
樹脂基板２は、その他面側が押圧板１の一面側に積層され、且つその一面側の、各々の押圧板側帯状凸部１１に対応する位置に樹脂基板側帯状凸部２１を有する（図４参照）。この樹脂基板側帯状凸部２１は樹脂シートを絞り加工すること等により形成することができ、樹脂基板側帯状凸部２１が形成されると同時に、樹脂基板２の他面側の樹脂基板側帯状凸部２１に対応する位置に帯状凹部２２が形成される（図４参照）。樹脂基板側帯状凸部２１及び帯状凹部２２の各々の断面形状はいずれも特に限定されない。例えば、半円形、半楕円形（図４参照）、三角形及び四角形等の方形などのいずれであってもよいが、この断面形状は押圧板側帯状凸部１１の断面形状と同じ又は近似であることが好ましい。また、樹脂基板側帯状凸部２１及び帯状凹部２２のそれぞれの平面形状は押圧板側帯状凸部１１と同じであればよく、直線状でも、蛇行及び曲折等していてもよいが、直線状であることが好ましい。
【００２１】
帯状凹部２２の高さ及び幅も特に限定されないが、押圧板側帯状凸部１１の高さ及び幅に近似であることが好ましい。また、樹脂基板２は樹脂製であり、且つ薄層であるため、十分な柔軟性を有しており、押圧板側帯状凸部１１が帯状凹部２２に押圧された場合、帯状凹部２２の断面は、容易に押圧板側帯状凸部１１の断面に近似の形状となり、帯状凹部２２と押圧板側帯状凸部１１とは、互いに密着して嵌合される。これにより、正極側集電電極４の所定部分４１を透光性導電層４１に強く圧接させることができ、導通させることができるとともに、樹脂基板２とガラス基板４との離間距離等のばらつきを十分に抑えることができる。従って、帯状凹部２２の高さ及び幅は、必ずしも予め押圧板側帯状凸部１１の高さ及び幅に近似に形成する必要はないが、予め近似に形成しておけば、帯状凹部２２と押圧板側帯状凸部１１とは、互いにより密着して嵌合されるため、特に好ましい。
【００２２】
樹脂基板２の一面側の平坦面から樹脂基板側帯状凸部２１の表面にかけて設けられた上記「正極側集電電極４」により、触媒電極３からの集電効率を向上させることができる（図７、８参照）。即ち、白金ほどに導電性が高くない材質からなる触媒電極３、及び優れた導電性を有する白金からなる触媒電極３であっても薄層である場合は、正極側集電電極４を設けることで集電効率を向上させることができる。この正極側集電電極４の平面形状は特に限定されないが、その表面に触媒電極３が設けられている部分では、触媒電極３と類似の平面形状であり、且つ触媒電極３に対して５０％以上、特に６５％以上、更に８０％以上（同面積、即ち、触媒電極３に対して１００％でもよい。）の面積の面状であることが好ましい。また、触媒電極３と相似形に配設されることがより好ましい。このような正極側集電電極４であれば、十分に抵抗が低い正極側触媒電極４とすることができ、且つ集電効率をより向上させることができる。
【００２３】
正極側集電電極４の材質は、電解液に接触しないときは特に限定されず、タングステン、チタン、ニッケル、銅、アルミニウム、クロム等の金属を用いることができる。また、電解液に接触するときは、耐腐食性を有する金属、例えば、タングステン、チタン、ニッケル等を用いることが好ましい。更に、正極側集電電極４の厚さも特に限定されず、その電気抵抗及びコスト等を勘案し設定することが好ましい。この正極側集電電極４は、所定のパターンが形成されたマスクを用いて、マグネトロンスパッタ法及び電子ビ−ム蒸着法等の物理的蒸着法、並びにペーストを用いるスクリ−ン印刷法などにより形成することができる。
【００２４】
正極側集電電極４の表面のうちの樹脂基板２の平坦面に対応する位置に設けられた上記「触媒電極３」（図４、７、８参照）は、触媒活性を有し、且つ電気化学的に安定な物質（以下、「触媒活性を有する物質」という。）、又はそのものは触媒活性を有さず、且つ触媒活性を有する物質を含有する、金属、導電性酸化物及び導電性高分子のうちの少なくとも１種、により形成することができる。触媒活性を有する物質としては、白金、ロジウム、カーボンブラック等が挙げられ、これらは併せて導電性を有する。触媒電極３は、触媒活性が高く、且つ電気化学的に安定な白金及びロジウムにより形成することが好ましい。更に、触媒活性が高く、且つ電気化学的により安定で電解液に対して高い耐腐食性を有する白金を用いることが特に好ましい。
【００２５】
触媒活性を有さない、金属、導電性酸化物、導電性高分子等を用いる場合、触媒活性を有する物質の含有量は、触媒活性を有さない、金属、導電性酸化物、導電性高分子等を１００質量部とした場合に、１〜９９質量部、特に５０〜９９質量部であることが好ましい。尚、この金属としては、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム等が挙げられる。導電性酸化物としては、後記の透光性導電層の形成に用いられる導電性酸化物等が挙げられる。導電性高分子としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等が挙げられる。
【００２６】
この触媒電極３は、１種の材料のみからなる電極でもよく、２種以上の材料からなる混合電極でもよい。また、触媒電極３は、単層でもよく、金属層、導電性酸化物層、導電性高分子層、並びに金属、導電性酸化物及び導電性高分子のうちの２種以上からなる混合層のうちの２層以上からなる多層の電極でもよい。この触媒電極３の厚さは特に限定されないが、単層及び多層のいずれの場合も、３ｎｍ〜１０μｍ、特に３ｎｍ〜１μｍとすることができる。触媒電極３の厚さが３ｎｍ〜１０μｍであれば、十分に抵抗の低い触媒電極３とすることができる。
【００２７】
金属、導電性酸化物等からなる触媒電極３は、金属、導電性酸化物等の微粒子を含有するペーストを正極側集電電極４の表面及び樹脂基板２の表面のうちの少なくとも正極側集電電極４の表面に塗布して形成することができる。この塗布方法としては、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法が挙げられる。また、この触媒電極３は、スパッタリング法、蒸着法等により、正極側集電電極４等の表面に金属等を堆積させて形成することもできる。
尚、触媒電極３は、正極側集電電極４の表面のうちの少なくとも樹脂基板２の平坦面に対応する位置に設けられておればよく、触媒電極３の端面近傍が隣り合う単セル構造体の電解質層８と接触しない限り、樹脂基板２の平坦面から樹脂基板側帯状凸部２１の表面の一部にかけて延設されていてもよい。
【００２８】
一面側が樹脂基板２に対向して配置された上記「ガラス基板５」は、ガラスからなる透光性基板であり、この基板側から太陽光が入射される。このガラス基板５を構成するガラスは特に限定されず、無機ガラス及びアクリルガラス等の有機ガラスのいずれも用いることができる。また、ガラス基板５の厚さは材質によっても異なり、特に限定されないが、下記の透光性により表される可視光透過率が６０〜９９％、特に８５〜９９％となる厚さであることが好ましい。
尚、この透光性とは、波長４００〜９００ｎｍの可視光の透過率が１０％以上であることを意味する。この可視光透過率は６０％以上、特に８５％以上であることが好ましい。
透光性（％）＝（透光性基板を透過した光量／透光性基板に入射した光量）×１００
【００２９】
本発明の色素増感型太陽電池では、押圧板１の他面側の周縁部と、ガラス基板５の他面側の周縁部とが、一体に固定され、押圧板１により、樹脂基板２がガラス基板５側へと押圧された状態が保たれる。同時に、正極側集電電極４の所定部分４１が透光性導電層５１に圧接された状態が保たれる。各々の周縁部を一体に固定する方法は特に限定されない。例えば、それぞれの周縁部を固定枠１０により挟持して固定する方法（図７、８参照）、周縁部において押圧板１の他面側からガラス基板５の他面側へと貫通する貫通孔を設け、ボルト、ナット等により固定する方法等が挙げられる。
【００３０】
各々の周縁部は、それぞれの周縁部を固定枠１０により挟持して固定することが好ましい。このようにすれば、押圧板１及びガラス基板５等の強度の低下等を生じることなく、一体に固定することができ、耐久性に優れた色素増感型太陽電池とすることができる。固定枠１０の材質は特に限定されないが、十分な強度が必要であるため、通常、金属が用いられる。この金属は特に限定されず、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム及びチタン等が挙げられる。また、固定枠１０の形状も特に限定されない。例えば、断面コの字状の所定長さの枠体が挙げられる（図７、８参照）。
【００３１】
色素増感型太陽電池の平面形状は正方形又は長方形であることが多い。この場合、固定枠１０は対向する２辺のみに嵌め合わされていてもよく、４辺のすべてに嵌め合わされていてもよい。より確実に固定し、耐久性の高い色素増感型太陽電池とするためには、４辺のすべてに固定枠１０が嵌め込まれていることが好ましい。
【００３２】
ガラス基板５の一面側には上記「透光性導電層５１」が設けられている（図５、６参照）。この透光性導電層５１は透光性及び導電性を有しておればよい。この透光性導電層５１の材質は特に限定されず、導電性酸化物からなる薄膜、炭素薄膜等が挙げられる。導電性酸化物としては、酸化インジウム、スズドープ酸化インジウム、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等が挙げられる。この透光性導電層４１の厚さは材質によっても異なり、特に限定されないが、表面抵抗が１００Ω／ｃｍ２以下、特に１〜１０Ω／ｃｍ２となる厚さであることが好ましい。
この透光性導電層５１の透光性の意味及び好ましい可視光透過率は、ガラス基板５の場合と同じである。
【００３３】
透光性導電層５１は、導電性酸化物及び炭素等の微粒子を含有するペーストを、ガラス基板５の一面側に塗布し、必要に応じて加熱して形成することができる。この塗布方法としては、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法が挙げられる。更に、この透光性導電層５１は、スパッタリング法、蒸着法等により、ガラス基板５の一面側に導電性酸化物等を堆積させて形成することもできる。
【００３４】
正極側集電電極４の所定部分４１は透光性導電層５１に圧接され、導通されるが、より安定して導通させ、且つ圧接部における電解液の流通をより確実に防止するため、正極側集電電極４の所定部分４１と透光性導電層５１との間に導電性接着剤層７を介在させてもよい（図８参照）。
この導電性接着剤層７には導電性フィラーが含有される。この導電性フィラーは特に限定されない。導電性フィラーとしては、（１）カーボンブラック、（２）タングステン、銅、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム等の金属、及び（３）ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマーなどからなるフィラーが挙げられる。導電性接着剤層７は電解液に接触するため、導電性フィラーは、耐腐食性に優れるカーボンフィラー、タングステンフィラー、チタンフィラー及びニッケルフィラーのうちの少なくとも１種であることが好ましい。
【００３５】
導電性接着剤層７は、未硬化導電性接着剤層が硬化されてなる。この未硬化導電性接着剤層の形成に用いる未硬化導電性接着剤としては、導電性フィラーが含有された熱硬化性接着剤及び光硬化性接着剤等を用いることができる。熱硬化性接着剤には熱硬化性樹脂が含有される。この熱硬化性樹脂は特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂及びポリイソブチレン等が挙げられる。これらの樹脂のうち、電解液に対する耐腐食性の観点では、十分な耐腐食性を有するポリイソブチレンが好ましい。また、光硬化性接着剤には各種の光硬化性樹脂が含有され、この光硬化性接着剤は、レーザー光、紫外線等の照射により硬化させることができる。例えば、導電性接着剤層７は、ガラス基板５を透過して照射されたレーザー光により、未硬化導電性接着剤を硬化させて形成することができる。この方法であれば、未硬化導電性接着剤層のみを加熱して硬化させることができ、導電性接着剤層７を効率よく形成することができるため好ましい。
【００３６】
未硬化導電性接着剤層の形成に用いる未硬化導電性接着剤としては、各種の無機接着性化合物を含有する無機導電性接着剤を用いることもできる。無機接着性化合物は特に限定されず各種の無機接着性化合物を用いることができる。この無機接着性化合物としては、例えば、アルカリケイ酸塩を用いることができる。このアルカリケイ酸塩としては、ケイ酸カリウム（ＳｉＯ２・Ｋ２Ｏ）、ケイ酸ナトリウム（ＳｉＯ２・Ｎａ２Ｏ）等が挙げられる。これらのアルカリケイ酸塩は脱水縮合して固化し、導電性接着剤層７が形成される。アルカリケイ酸塩は室温（例えば、１５〜３５℃）で脱水縮合させることができ、必要に応じて加熱して脱水縮合させてもよい。加熱する場合、温度は特に限定されず、５０〜１５０℃とすることができる。また、大気雰囲気において脱水縮合させてもよく、減圧して脱水縮合させてもよい。アルカリケイ酸塩は室温で真空乾燥して脱水縮合させることが好ましく、これにより脱水縮合が促進され、且つ未硬化導電性接着剤層を十分に固化させることができる。
【００３７】
ガラス基板５の一面側の透光性導電層５１の表面には上記「半導体電極６」が設けられている（図６参照）。この半導体電極６は、多孔質電極基体と、この多孔質電極基体に付着した増感色素とを有する。多孔質電極基体は、金属酸化物等により形成することができる。この金属酸化物としては、チタニア及び酸化亜鉛等が挙げられる。
【００３８】
多孔質電極基体の作製方法は特に限定されず、例えば、金属酸化物、金属硫化物等の微粒子を含有するペーストを、透光性導電層５１の表面に塗布し、焼成することにより作製することができる。ペーストの塗布方法も特に限定されず、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等が挙げられる。このようにして作製された多孔質電極基体は微粒子が集合してなる集合体の形態で形成される。
【００３９】
多孔質電極基体は、透光性導電層５１の表面に、金属酸化物、金属硫化物などの微粒子及び少量の有機高分子等が分散されたコロイド溶液を塗布し、その後、乾燥し、次いで、加熱して有機高分子を分解させて除去し、次いで、焼成することにより作製することもできる。このコロイド溶液も、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法により塗布することができる。この方法により作製した多孔質電極基体も微粒子が集合してなる集合体の形態で形成される。
【００４０】
焼成の条件は特に限定されないが、焼成温度は４００〜６００℃、特に４５０〜５５０℃とすることができ、焼成時間は１０〜３００分、特に２０〜４０分とすることができる。焼成雰囲気は、大気雰囲気等の酸化雰囲気又はアルゴン等の希ガス雰囲気及び窒素ガス雰囲気等の不活性雰囲気とすることができる。
【００４１】
半導体電極６は増感色素を有する。この増感色素は、光電変換の効率を向上させる作用を有する。この増感色素としては、錯体色素及び有機色素を用いることができる。錯体色素としては金属錯体色素が挙げられ、有機色素としてはポリメチン色素、メロシアニン色素等が挙げられる。金属錯体色素としてはルテニウム錯体色素及びオスミウム錯体色素等が挙げられ、ルテニウム錯体色素が特に好ましい。また、光電変換がなされる波長域を拡大し、変換効率を向上させるため、光電変換がなされる波長域の異なる２種以上の増感色素を併用することもできる。
【００４２】
多孔質電極基体に増感色素を付着させる方法は特に限定されず、例えば、増感色素を有機溶媒に溶解させた溶液に多孔質電極基体を浸漬して溶液を含侵させ、その後、有機溶媒を除去することにより付着させることができる。また、この溶液を、多孔質電極基体に塗布して含浸させ、その後、有機溶媒を除去することにより付着させることもできる。この塗布方法としては、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテンコート法、スピンコート法、スプレーコート法等が挙げられる。更に、この溶液は、オフセット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷等の各種の印刷法により塗布することもできる。
【００４３】
増感色素の付着量も特に限定されないが、多孔質電極基体１ｇに対して０．０１〜１ミリモル、特に０．５〜１ミリモルであることが好ましい。付着量が０．０１〜１ミリモルであれば、半導体電極における光電変換が効率よくなされる。また、多孔質電極基体に付着しなかった増感色素が電極周辺に遊離していると、変換効率が低下することがある。そのため、増感色素を付着させ、その後、半導体電極を洗浄して余剰の増感色素を除去することが好ましい。この余剰の増感色素は、洗浄槽を用いてアセトニトリル及びアルコール系溶媒などの有機溶媒で洗浄することにより除去することができる。
【００４４】
半導体電極６の厚さは特に限定されないが、０．１〜１００μｍとすることができ、１〜３０μｍ、特に２〜２５μｍとすることが好ましい。半導体電極６の厚さが０．１〜１００μｍであれば、光電変換が十分になされ、発電効率が向上する。更に、半導体電極６は、その強度及び透光性導電層５１との密着性を向上させるため熱処理することが好ましい。熱処理の温度及び時間は特に限定されないが、熱処理温度は４０〜７００℃、特に１００〜５００℃、熱処理時間は１０分〜１０時間、特に２０分〜５時間とすることが好ましい。
【００４５】
半導体電極６と触媒電極３との間には電解液が充填され、電解質層８が形成されている。また、この電解液は半導体電極６及び触媒電極３の各々の少なくとも一部に含有されている。電解液は、通常、半導体電極６及び触媒電極３のそれぞれの全体に含有されており、これにより変換効率が向上する。
【００４６】
電解液には、電解質の他、通常、溶媒及び各種の添加剤等が含有される。電解質としては、（１）Ｉ２とヨウ化物、（２）Ｂｒ２と臭化物、（３）フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウムイオン等の金属錯体、（４）ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィド等のイオウ化合物、（５）ビオロゲン色素、（６）ヒドロキノン−キノン、などを含有する電解質が挙げられる。
【００４７】
（１）におけるヨウ化物としては、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣｓＩ、ＣａＩ２等の金属ヨウ化物、及びテトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の４級アンモニウム化合物のヨウ素塩などが挙げられる。また、（２）における臭化物としては、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＣｓＢｒ、ＣａＢｒ２等の金属臭化物、及びテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド等の４級アンモニウム化合物の臭素塩などが挙げられる。これらの電解質のうちでは、Ｉ２と、ＬｉＩ及びピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の４級アンモニウム化合物のヨウ素塩とを組み合わせてなる電解質が特に好ましい。これらの電解質は１種のみ用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。
【００４８】
本発明の色素増感型太陽電池は、押圧板１と、樹脂基板２と、正極側集電電極４と、触媒電極３と、ガラス基板５と、透光性導電層５１と、半導体電極６と、を有し、上記「単セル構造体」は、これらの各々の部材のうちの、正極側集電電極４、触媒電極３、透光性導電層５１及び半導体電極６、並びに半導体電極６と触媒電極３との間に形成された電解質層８により構成されている。また、この単セル構造体は、例えば、下記の負極側集電電極等の他の部材を更に有していてもよい。一方、押圧板１、樹脂基板２及びガラス基板５は、それぞれの単セル構造体が共有している共有部材である。
【００４９】
更に、本発明の色素増感型太陽電池では、半導体電極６からの集電効率を向上させるため、ガラス基板５と透光性導電層５１との間、又は透光性導電層５１の表面に、半導体電極側の集電電極、即ち、負極側集電電極を設けることもできる。この負極側集電電極は、半導体電極６を取り囲むように、又は半導体電極６を所定の領域に分割するように配設することができる。
尚、この負極側集電電極の材質及び形成方法については、前記の正極側集電電極４における記載をそのまま適用することができる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
以下のようにして色素増感型太陽電池を製造した。
実施例１
（１）押圧板（金属板）
平面形状が一辺が７０ｍｍの正方形であり、厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼板を型成形して凹部を形成し、一方向にほぼ等間隔に、且つ他方向の両端側を除いて、長さ６０ｍｍ、底部における幅５００μｍ、高さ６０μｍの押圧板側帯状凸部１１を有する金属板１を作製した（図１、２参照）。
尚、この金属板１は、平坦面に置いた場合に、周縁部に比べて中央部が０．３ｍｍ高くなっており、一面側に凸形状になっている。
【００５１】
（２）樹脂基板
平面形状が一辺が７０ｍｍの正方形であり、厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレート樹脂シートに、絞り加工により、一方向にほぼ等間隔に、且つ他方向の両端側を除いて、長さ６０ｍｍ、底部における幅５００μｍ、高さ６０μｍの樹脂基板側帯状凸部２１を有する樹脂基板２を作製した（樹脂基板側帯状凸部２１と同時に帯状凹部２２も形成される。図４参照）。
【００５２】
（３）正極側集電電極及び触媒電極の作製
樹脂基板２の平坦面から樹脂基板側帯状凸部２１の表面にかけて、スパッタ法により正極側集電電極４を形成した。その後、この正極側集電電極４の表面のうちの樹脂基板２の平坦面に対応する位置に、スパッタ法により触媒電極３を形成とした。このようにして、樹脂基板２の表面に厚さ６００ｎｍの正極側集電電極４と、厚さ２００ｎｍの触媒電極３とを各々３個作製した（図３、４参照）。
【００５３】
（４）半導体電極の作製
平面形状が一辺が７０ｍｍの正方形であり、厚さが１．５ｍｍのガラス基板５の表面に形成された厚さ３００ｎｍのフッ素ドープ酸化スズからなる透光性導電層５１にダイサーカットによりスリットを設け、透光性導電層５１を３分割した。その後、各々の透光性導電層５１の表面に、粒径が１０〜２０ｎｍのチタニア粒子を含有するペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名「Ｔｉ−Ｎｏｎｏｘｉｄｅ  Ｄ／ＳＰ」）をスクリーン印刷法により塗布し、１２０℃で１時間乾燥し、次いで、４８０℃で３０分焼成して、半導体電極６を形成するための電極基体を３個作製した。次いで、この積層体を、ルテニウム錯体（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名「５３５ｂｉｓ−ＴＢＡ」）のエタノール溶液に１０時間浸漬し、電極基体に増感色素であるルテニウム錯体を含侵させて、厚さ２０μｍの半導体電極６を３個形成した。
【００５４】
（５）色素増感型太陽電池の作製
樹脂基板２の触媒電極３が形成されていない部分に、熱可塑性樹脂からなる厚さ１００μｍの接着剤シートを配設し、その後、ガラス基板５を、その半導体電極６が触媒電極３と対向するように配置し、次いで、ガラス基板５側を下にして１００℃に調温されたホットプレートに載せ、５分加熱してガラス基板５の透光性導電層５１と樹脂基板２とを接合し、接合部９を形成した。その後、樹脂基板２の他面側に、帯状凹部２２に押圧板側帯状凸部１１が嵌め合わされるように金属板からなる押圧板１を配置して押圧し、押圧した状態で、押圧板１の他面側の周縁部と、ガラス基板５の他面側の周縁部とを、ステンレス鋼製の断面コの字状の固定枠１０で挟持し、一体に固定した。次いで、ガラス基板５の所定の位置に設けられた電解質溶液の注入口からヨウ素電解液（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名「ＰＮ−５０」）を注入し、触媒電極３と半導体電極６との間に電解質層８を形成し、その後、注入口を上記の接着剤を用いて封止した。このようにして、図７のように、左側の単セルの正極側集電電極４の所定部分４１が中央の単セルの透光性導電層５１に圧接され、中央の単セルの正極側集電電極４の所定部分４１が右側の単セルの透光性導電層５１に圧接されて３個の単セルが直列に接続され、且つこの圧接部によって各々の単セルの電解質層８が隔離された色素増感型太陽電池１０１を作製した。
【００５５】
（６）色素増感型太陽電池の性能評価
上記（１）〜（５）により作製した色素増感型太陽電池に、ＡＭ１．５にスペクトル調整したソーラーシミュレータによって、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２の擬似太陽光を照射したところ、開放電圧２．２Ｖの特性を有していた。
【００５６】
尚、本発明では、上記の実施例の記載に限られず、本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。例えば、直列に接続される単セルの個数は特に限定されず、通常、２個以上とすることができる。また、複数の単セルが直列に接続された複数の色素増感型太陽電池を更に直列又は並列に接続して用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】押圧板側帯状凸部を有する押圧板の一例の平面図である。
【図２】図１の金属板又はセラミック板のＡ−Ａ’における断面の模式図である。
【図３】樹脂基板側帯状凸部を有する樹脂基板と、この樹脂基板の平坦面から樹脂基板側帯状凸部の表面にかけて設けられた触媒電極との積層体の一例の平面図である。
【図４】図３の積層体のＢ−Ｂ’における断面の模式図である。
【図５】ガラス基板と、その一面側に設けられた透光性導電層と、その表面に設けられた半導体電極との積層体の一例の平面図である。
【図６】図５の積層体のＣ−Ｃ’における断面の模式図である。
【図７】押圧板（金属板）と、ガラス基板とが固定枠により挟持され、一体に固定された本発明の色素増感型太陽電池の一例の断面の模式図である。
【図８】図７の色素増感型太陽電池において、正極側集電電極と透光性導電層との間が導電性接着剤層を介して圧接されている本発明の色素増感型太陽電池の他の例の断面の模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０１、１０２；色素増感型太陽電池、１；押圧板、２；樹脂基板、２１；樹脂基板側帯状凸部、２２；樹脂基板側帯状凸部に対応する帯状凹部、３；触媒電極、４；正極側集電電極、４１；正極側集電電極のうちの樹脂基板側帯状凸部の表面に設けられた部分、５；ガラス基板、５１；透光性導電層、６；半導体電極、７；導電性接着剤層、８；電解質層、９；接合部、１０；固定枠。
【図１】
2007299545.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007299545.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007299545.tif 000009
【図８】
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